胃腺癌進展過程中免疫和基質細胞演變的相關研究

胃腺癌是胃癌的一種，是由胃腺體細胞惡變來的，所以叫做腺癌。胃腺癌的發生率占胃惡性腫瘤的95%，相對少見的是淋巴瘤（只能主要位于胃一類）和平滑肌肉瘤。世界各地胃癌的發生率各不相同；例如，日本，智利和冰島發病率非常高。在美國，胃癌最常見于北方人，窮人和黑人，但其發病率已降低到約810萬，是引起癌腫死亡的第七位原因，然而，在日本，胃癌發病率已有降低，但仍是最常見的惡性腫瘤，它的發病率隨年齡增長而增加，75%以上的患者年齡大于50歲。

胃腺癌（GAC）由于其快速進展、普遍對治療的耐藥以及高轉移率，在全球范圍內依然是最致命的癌癥之一，急需在GAC的早期或癌前階段就采取有效的治療策略。然而，我們對胃癌從慢性萎縮性胃炎（chronic atrophic gastritis ，CAG）和腸化生（intestinal metaplasia ，IM）等癌前病變，進展到侵襲性局部癌癥，再到遠端轉移的演變機制的了解仍然不足。腹膜轉移（Peritoneal carcinomatosis ，PC）是胃癌的一種常見的轉移形式，約在45％的患者中出現，占所有復發的60％。PC患者會經歷進行性癥狀和臨床狀況迅速惡化，大部分患者在6個月內死亡。研究表明，HER2靶向治療可以在有限的人群中改善生存，免疫檢查點抑制劑聯合化療可使一部分晚期或轉移性GAC患者受益。詳細探索胃癌發展過程中不斷演變的腫瘤微環境（TME），有助于揭示各種免疫抑制機制和潛在治療靶點，從而有利于我們制定更有效的治療策略。因此，了解TME的復雜性至關重要。單細胞測序技術的飛速發展為我們研究腫瘤提供了很好的平臺。以往在單細胞層面的研究工作主要集中在胃癌的腫瘤細胞上，只有少數研究工作探索了GAC的免疫微環境，而這些工作受到了樣本量和分析深度的限制。

2023年7月6日，來自美國德克薩斯大學MD安德森癌癥中心的王凌華團隊在Cancer Cell雜志在線發表了一篇題為 Evolution of Immune and Stromal Cell States and Ecotypes during Gastric Adenocarcinoma Progression 的研究文章。在這項研究中，研究者收集并分析了來自胃腺癌癌前病變、原發病灶、轉移組織的單細胞RNA測序（scRNA-seq）數據，以及未受累的正常組織和外周血樣本。他們深入刻畫了在不同GAC階段腫瘤微環境（TME）中免疫和基質細胞群體的轉錄狀態、細胞組成、分化軌跡、細胞間的相互作用以及細胞生態類型（ecotype）。這項研究提供了對于胃腺癌進展過程中免疫和基質細胞演變的詳細圖譜，并揭示了潛在的研究靶點，也為未來的研究提供了寶貴的資源。這項研究是迄今為止在胃癌免疫微環境領域中涉及的樣本量最大、樣本類型最豐富的一項研究工作。

在這項研究中，研究者收集了來自43名患者的68個樣本生成的免疫和基質細胞的單細胞RNA測序（scRNA-seq）數據。這些樣本覆蓋了GAC發展的各個階段，包括癌前病變（CAG和IM）、原發GAC，以及腹膜、卵巢和肝臟的轉移灶。他們還收集了部分患者的配對非腫瘤腫瘤旁組織（NAT）、正常胃組織（NGT）和外周血單核細胞（PBMCs）樣本。此外，他們還收集了兩位健康供體的PBMCs作為對照。經過嚴格的質量控制篩選，研究者共保留了77,392個高質量的細胞進行后續的分析。他們在這些細胞中識別出了10個主要的細胞譜系，可以進一步歸類為3個主要的細胞譜系，包括淋巴細胞（占77％，例如T細胞，B細胞，NK細胞和漿細胞）、髓系細胞（占13％，例如pDCs，肥大細胞和其他髓系細胞）以及基質細胞（占10％，例如成纖維細胞，內皮細胞和間皮細胞）。研究者進一步在每個主要的細胞類型中定義細胞亞群，一共識別了62種不同的細胞亞群。

為了探索這62種表型多樣的免疫和基質細胞亞群在TME中是如何構建成細胞“生態系統（ecosystem）”，以及這些細胞生態系統在GAC進展過程中如何演變，研究者對每個樣本中的細胞組成進行了定量分析。他們運用無監督聚類分析，推測了各細胞之間的關系以及共存模式， 即細胞生態型（ecotype）。他們發現了6個細胞生態型（EC1-6）。每個細胞生態型都由特定的細胞類型/狀態組成，表現出獨特的細胞組成和共存模式。有趣的是，這些細胞生態類型與樣本類型有關。EC1包括所有的PBMC樣本，主要由單核細胞、NK細胞和CD4+/CD8+ na?ve T 細胞組成；EC2主要富集在轉移性GAC樣本中；EC4在癌旁組織中占主導地位；EC5在癌前病變中最為常見；而原發性胃癌主要由EC3和EC6組成。盡管EC3和EC6都是原發性胃癌中發現的的細胞生態型，但兩者的細胞組成存在顯著差異。EC3主要由CD4+ T細胞、CD8+ T細胞、NK細胞、MAIT細胞和DC等免疫細胞組成，而EC6則主要由基質細胞亞群組成。

接下來，研究者在原發性GAC樣本中對EC3和EC6進行了的臨床相關性分析。他們采用去卷積方法在三套大型胃癌公共數據集中推斷是否存在類似EC3和EC6的細胞生態型。結果顯示，在三套獨立的數據集中均存在類似EC3和EC6的生態型，他們將其定義為EC3-like和EC6-like。并且，EC3-like和EC6-like與先前定義的組織學、基因組學、分子亞型和臨床結果表現出顯著的相關性。在三套獨立數據集中，都一致的顯示EC3-like細胞生態型在腸型GAC中富集，而EC6-like細胞生型在侵襲性彌漫型GAC中占主導地位。TCGA的原發性GAC數據顯示，EC3-like細胞生態型在EB病毒（EBV）陽性腫瘤中高度富集，而EC6-like細胞生態型主要在基因組穩定（GS）的腫瘤中富集。與EC3-like細胞生態型腫瘤的患者相比，帶有EC6-like細胞生態型的患者的生存時間顯著縮短。最常見的染色體不穩定（CIN）亞型包含了EC3-like和EC6-like細胞生態型，頻率相似，但有趣的是，當進一步將CIN亞型樣本分為EC3-like和EC6-like兩組時，帶有EC6-like細胞生態型的患者的總生存時間顯著短于帶有EC3-like細胞生態型的患者。此外，來自三套數據集的分析結果均顯示，免疫抑制檢查點基因PD-L2、LILRB2、TIM-3和LAIR1在EC6-like樣本中的表達水平顯著高于EC3-like。綜上所述，基于細胞生型的樣本分類與原發性胃癌的基因組、組織病理學和臨床特征存在相關性。

基于基質細胞組成比例高與較差生存關聯的研究結果，為了進一步識別基質細胞中高表達的潛在治療靶點，研究者對157個免疫檢測點基因和免疫調節基因進行了綜合分析，并最終確定SDC2作為研究對象。在三套獨立的單細胞測序數據集中，SDC2在基質細胞，尤其是myCAF 型成纖維細胞中表達最高。SDC2在癌前病變和原發癌的基質細胞中的表達水平顯著高于正常組織。為了驗證SDC2在蛋白水平的表達，研究者對原發性胃腺癌組織進行了雙重免疫熒光染色，結果顯示基質細胞中SDC2呈強陽性。值得注意的是，SDC2在彌漫型胃腺癌中的表達水平明顯高于腸型胃腺癌，而彌漫型胃腺癌以其不良的預后而聞名。

綜上所述，SDC2在成纖維細胞中的表達水平與疾病的侵襲性表型相關。研究者進一步在三套獨立的RNA測序數據和組織微陣列（Tissue microarrays）數據中觀察到SDC2 高表達與較差的預后相關。另外，研究者發現SDC2在其他多種癌癥類型（包括胰腺癌、結直腸癌、膀胱癌、乳腺癌以及透明細胞腎細胞癌）的基質細胞中均有較高的表達水平，這暗示了其在腫瘤進展中可能具有潛在作用。最后，研究者利用小鼠異種移植模型證實了在成纖維細胞中，SDC2表達上調可以促進腫瘤生長。

美國安德森癌癥中心的王凌華博士為本文的通訊作者，Jaffer. A. Ajani博士為本文的共同通訊作者。第一作者王瑞萍博士現在王凌華實驗室工作。共同第一作者包括美國安德森癌癥中心的宋淑梅博士和浙江省腫瘤醫院的覃江江博士。

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https://doi.org/10.1016/j.ccell.2023.06.005